Franarea Motorului de Curent Continuu [PDF]

Zitiervorschau

LICEUL TEHNOLOGIC JIMBOLIA

PROIECT PENTRU OBTINEREA NIVELULUI DE COMPETENTA PROFESIONALA NIVELUL 3

CALIFICARE: ………………..

ELEV:……… INDRUMATOR: Prof.dr. ing. Garaiman Alis

1

2013/2014

TEMA PROIECTULUI

Frânarea motorului de curent continuu

2

Cuprins

Argument…………………………………………………………….4 Cap.I. Motorul electric. Generalitati…………………………………5 Cap.II. Frânarea motorului de curent continuu………………………6 Cap.III. Frânarea dinamică a motorului c.c..........................................7 Cap.IV. Frânarea recuperativă............................................................10 Cap.V. Frânarea prin contraconectare….............................................11 Cap.VI. Frânarea la cuplu rezistent constant…...................................13 Bibliografie…......................................................................................15

3

Argument Evolutia masinii de curent continuu Dupa publicarea la 29 august 1831, intr-o forma generala calitativa si cantinativa, a legii inductiei electromagnetice de catre Faradey, istoria dezvoltarii masinii electrice se confunda practic, pana spre sfarsitul secolului, cu cea a perfectionarii masinii de curent continuu.Incepand cu masinile elementare cu magnenti permanenti si indus in forma de inel, trecand apoi la excitatie independenta si indus cilindric, apoi la autoexcitatie si colector perfectinat,masina de curent continuu a constituit pioneratului constructiei de masinielectrice. Odata cu aparitia si dezvoltarea producerii, transportului si distributiei energiei electrice in curent alternativ, rolul si ponderea fabricatiei masinii de curent continuu a inceput sa scada, constructia si exploatarea sa fiind mai dificila in raport cu masinile de curent alternativ si in special in comparatie cu motoarele asincrone.Se pare ca insusirea de baza a masinii de curent continuu, functinand ca motor, respectiv posibilitatea reglarii comode a si in limite largi a turatiei, poate fi suplinita de masinile de curent alternativ sau prin comanda turatiei motoarelor asincrone cu variatoare de frecventa. In ultimul timp insa masina de curent continuu, avand in vedere, motoarele de curent continuu perfectionate, capata din nou o deosebita importanta in actionarile cu reglaj de viteza, incepand cu tractiunea electrica urbana si feroviara si cuprinzand toate domeniile de actionare electrica suple din metalurgie, masini unelte, instalatii de transport si ridicat, etc.

4

Cap.I. Motorul electric. Generalitati Un motor electric (sau electromotor) este un dispozitiv electromecanic ce transformă energia electrică în energie mecanică. Transformarea în sens invers, a energiei mecanice în energie electrică, este realizată de un generator electric. Nu există diferențe de principiu semnificative între cele două tipuri de mașini electrice, același dispozitiv putând îndeplini ambele roluri în situații diferite. Principiu de functionare Majoritatea motoarelor electrice funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic. Există însă și motoare electrostatice construite pe baza forței Coulomb și motoare piezoelectrice. Utilizare: Fiind construite într-o gamă extinsă de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multe aplicații: de la motoare pentru componente electronice (hard disc, imprimantă) până la acționări electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale). Clasificare: Motoarele electrice pot fi clasificate după tipul curentului electric ce le parcurge: motoare de curent continuu și motoare de curent alternativ. În funcție de numărul fazelor curentului cu care funcționează, motoarele electrice pot fi motoare monofazate sau motoare polifazate (cu mai multe faze). Motoare de curent continuu: Funcționează pe baza unui curent ce nu-și schimbă sensul, curent continuu. În funcție de modul de conectare al înfășurării de excitație, motoarele de curent continuu se împart în patru categorii: Cu excitație derivație Cu excitație serie Cu excitație mixtă Cu excitație separată

5

Cap.II. Frânarea motorului de curent continuu În regim de frânare motorul primeşte putere mecanică de la arbore şi putere electrică de la reţea şi le transformă ireversibil în căldură, dezvoltând totodată un cuplu de franare. Frânarea electrică se foloseşte în următoarele scopuri: - menţinerea constantă a vitezei atunci când apar cupluri datorate unor forţe potenţiale (de inerţie, gravitaţie) sau variaza momentul rezistent M r . - reducerea vitezei unghiulare impusă de procesul tehnologic sau în scopul opririi. - menţinerea în repaus a organului de lucru atunci când apar cupluri destabilizatoare. Avantajele frânării electrice: - lipsa uzurii mecanice - gabarit redus (lipsesc frânele mecanice) - dezvoltarea unor cupluri de franare cu valori controlabile - posibilitatea recuperării parţiale a energiei (transformarea energiei cinetice în energie electrică)

-

Metode de frânare electrice: dinamică (în regim de generator fără recuperarea energiei) recuperativă (în regim de generator cu recuperarea energiei) prin inversarea sensului de rotaţie (propriu-zisă) frânarea la cuplu rezistent constant

6

Cap.III. Frânarea dinamică a motorului c.c. Constă în decuplarea alimentării rotorului şi cuplarea lui pe o rezistenţă de frânare R f . Excitaţia fiind cuplată, motorul trece în regim de generator nerecuperativ, energia electrică produsă fiind consumată (transformată în căldură) pe rezistenţa de frânare. Deoarece U  0 , rezultă:

n

R

 R f * M

n , de unde: M f   , b K e * K m * r

2

deci, o dreaptă ce trece prin origine cu coeficientul unghiular negativ. (caracteristicile 2, 3, 4,-fig. 3.1). Se observă că, cu cât R f este mai mică, cu atât momentul de frânare este mai mare, fiind maxim pentru R f  0 (rotor în scurt circuit, caracteristica naturala ca generator 5). Punerea în scurt nu se utilizează datorită şocului termic şi mecanic la care este supus motorul.

Fig. 3.1 Frânarea dinamică este bruscă, dar M f scade odată cu scăderea n , de aceea, pentru o oprire mai rapidă se poate face frânarea în trepte (caracteristicile 2,3,4,5), în cadrul unor comutari automate.

7

Exemplu-schemă de pornire – frânare cu o singură treaptă intermediară (fig. 3.2):

Fig. 3.2

d 1 - releu de curent nominal d 2 - releu de tensiune pentru pornire d 3 - releu de tensiune pentru frânare R p , R f  - rezistenţă de pornire (frânare)

C1 , C 2  - contactor de pornire (frânare) Diagramele de funcţionare sunt reprezentate in figura 3.3: Pornirea se realizeaza prin apasarea butonului b1 , prin aceasta fiind alimentata bobina C1. Ca urmare se deschide contactul C13 , iar apoi prin inchiderea contactului C11 se realizeaza pornirea motorului cu rezistenta R p inseriata cu rotorul. Prin crestetea turatiei are loc variatia tensiunii la bornele rotorului care este detectata de releul de tensiune d 2 , care la valoarea programata a tensiunii isi inchide contactul d 2 ,şuntând rezistenta de pornire R p (se sare din punctul B in punctul C). In continuare motorul functioneaza pe caracteristica naturala 2. La oprire, prin apasarea butonului b 2 se intrerupe alimentarea bobinei C1, astfel incat, prin deschiderea contactului C11 se intrerupe alimentarea rotorului (salt din punctul D in E), iar prin inchiderea contactului C13 se cupleaza releul de tensiune d 3 care isi

8

inchide contactul d 3 . Prin alimentarea bobinei contactorului C2, acesta isi inchide contactul C2, legand rezistenta de franare R f in paralel pe circuitul rotoric. Energia electrica produsa de masina electrica, care trece in regim de generator (caracteristica 3), este transformata in caldura pe rezistenta Rr  R f pana la anularea turatiei.

Fig 3.3 Frânarea se realizează din E până în F, cand releul d 3 , prin deschiderea contactului sau intrerupe alimentarea bobinei C2, care decupleaza rezistnta R f , in continuare oprirea fiind inerţială. M f m in depinde de tensiunea de declanşare a releului d 3 . Intensitatea frânării poate fi reglată prin alegerea corespunzatoare a valorii R f sau prin utilizarea unui reostat de franare.

9

Cap.IV. Frânarea recuperativă Are loc în cazul în care motorul conectat la reţea este obligat de mecanismul antrenat să se rotească cu o turaţie mai mare ca cea de funcţionare: n  n0 . Deoarece U  k *  * n0 şi E  k *  * n  E  U , deci din relaţia: U E M f  k * * I r  0 , Ir  0 Ir    Rr deci motorul trece în regim de generator consumând energie mecanică si dezvoltând un cuplu de frânare. Energia electrică produsă este furnizată reţelei. La nivelul caracteristicilor de functionare lucrurile se petrec astfel (figura 4.1): punctul de funcţionare se muta din A în B, pentru care se dezvoltă momentul de frânare Mf. Acelaşi efect de frânare recuperativă se obţine şi dacă se reduce tensiunea de alimentare (se trece pe caracteristica 2). Pentru U 2  U 1 rezulta n1  n 0 , deci se trece de pe caracteristica 1 pe caracteristica 2 (din A  C) pentru care la turaţia n apare un M f  0 , ce tinde spre zero pe măsură ce n  n1 .

Fig. 4.1

10

Cap.V. Frânarea prin contraconectare Constă în schimbarea sensului de circulaţie a curentului prin indus, realizata prin schimbarea polarităţii tensiunii la bornele indusului cu păstrarea sensului de rotaţie; M  M f I r  I r , Prin inversarea polarităţii: U  U , Rr Rr U  * M  n0  *M 2 k * k * k * 2 Rr Rr U  * M   n0  *M La frânare: n   2 k * k * k * 2 Grafic, lucrurile se prezintă astfel (fig. 5.1) :

Iniţial: n 

A - punct de funcţionare (caracteristica 1) La inversarea polarităţii: n0  n0 , şi A  B , pentru care: M  M f şi

apare frânarea din B  C unde este necesară întreruperea alimentării. Frânarea nu este totală, iar oprirea în C este dificilă. Se lucrează pe caracterisica artificială 3 şi nu pe cea naturală 2 pentru care apar solicitări electrice şi mecanice inadmisibile. a) b) Fig. 5.1 O alta metoda de franare este aceea cu reostat de franare înseriat cu rotorul (fig. 5.2) . Mărind rezistenta R f se schimbă caracteristica de funcţionare şi totodată şi momentul motor M (se trece de pe caracteristica 1 pe caracteristica 2), turatia scade din punctul B pana in punctul C pentru care avem turatie nula (s-a realizat oprirea) si M r  M A ,

11

(a)

(b) Fig. 5.2

12

Cap.VI. Frânarea la cuplu rezistent constant - Se modifică tensiunea la bornele motorului sau se conectează în serie cu circuitul rotoric al maşinii un reostat reglabil. - La modificarea în trepte ale tensiunii sau rezistenţei se produc modificări ale curentului şi cuplului în timp dar cuplul staţionar nu se modifică, deci nici valoarea staţionară a curentului.

Se modifica reostatul reglabil conectat in serie cu circuitul rotoric al masinii. Reostatul se modifica intre: Rf1 (contra conectare) si 0. La masinile cu excitatie mixta se poate modifica si tensiunea de alimentare.

13

Fig.6.1 Caracteristica masinii cu excitaţie serie

14

Bibliografie Bazele electrotehnicii (2 vol.)Autor(i): M. Preda , P. Cristea , F. SpineiEditura: Didactica si pedagogicaAnul: 1980 Masini electrice uzuale - Exploatare si regimuri de functionareAutor(i): Al. fransua , A. Nicolaide , Gh. TrifuEditura: TehnicaAnul: 1973 Agenda electricianuluiAutor(i): E. PietrareanuEditura: TehnicaAnul: 1986 http://ro.math.wikia.com/wiki/Motor_de_curent_continuu http://ro.wikipedia.org/wiki/Motor_electric_de_curent_continuu http://www.scribd.com/search?query=motor+curent+continuu

15